使用两个I / O引脚将4×3矩阵键盘连接到微控制器

在基于微控制器（MCU）的项目中，矩阵键盘通常用作输入设备. 将矩阵键盘连接到微控制器的常规做法需要使用微控制器的多个I / O引脚. 然后，MCU使用扫描算法来确认按下了哪些键. 这种方法的一个缺点是，它需要大量的MCU I / O引脚才能连接到键盘. 例如，连接4×3键盘需要7个数字I / O引脚. 当项目使用低引脚数的MCU或所使用的MCU没有足够的可用I / O引脚时，就会出现问题.

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有两种方法可以解决此问题: 使用现成的I / O扩展器，或使用电阻器组为每个键设置唯一的电压，然后使用模拟引脚读取电压值以确定哪个按键. 每个程序都有其缺点.

因为在大多数情况下，I / O扩展器需要通过特殊的通信协议（例如I2C协议或SPI协议）读写数据，MCU需要具有内置的通信模块，或者用户需要实现相关的通讯协议软件，这显然增加了MCU的负担. 另一方面，当按钮的数量增加时，通过电阻器行为每个按钮分配唯一的电压变得非常麻烦，这最终将导致较小的电压裕量. 此外，由于电阻值会随温度变化，因此使用较小的电压裕量可能会导致读取错误，甚至开关跳动也可能会成为导致电压错误的重要原因. 这种方法的另一个缺点是它需要MCU中的模拟输入引脚. 此处描述的示例显示了上述所有问题的有效解决方案，并具有多个优点: 无论连接的开关数量如何，它都只需要两个I / O引脚即可. 不需要特殊的通信协议；无需模拟引脚. 该示例基于两个CD4017 Johnson计数器，它们非常常见且价格便宜.

图1显示了4×3键盘中使用的电路. R1，R4，R5和R6用于限流，而D7，D4，D5和D6构成“或”门.

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此处描述的示例显示了如何使用此方法读取4×3键盘. 一个CD4017用于控制键盘行，另一个用于控制键盘列.

MCU生成时钟信号，然后将其提供给控制列的计数器IC. 最初，列计数器和行计数器的第0个输出为逻辑高电平. 收到时钟脉冲后，列计数器将增加. 当接收到第四个时钟脉冲时，列计数器将被重置，行计数器将被加1. 在重置列控制器之后，在从列控制器接收到第五个时钟脉冲后，行控制器将递增并重置. 在生成时钟脉冲时，应增加MCU的计数变量，并在第五个时钟脉冲到达行控制器时将计数变量重置为1. 键盘的两个输出进行“或”运算，并连接到MCU的外部中断引脚.

仅当与行和列相关的按钮位于逻辑高位置时，按下按钮时才会发生中断. 如果按钮的行或列为逻辑零值，则不会发生中断.

发生中断时，MCU读取当前计数值，并且读取的值对应于刚刚按下的按钮.

MCU定期产生时钟脉冲时，MCU中的时钟计数增加；此计数等于键盘上的开关数量，按这些开关可能会导致中断. 图2中的流程图描述了这种情况.

注意: 尽管此示例仅显示了4×3键盘的读取方法，但是两个4017计数器的其余输出可用于读取10×10键盘. 此外，如有必要，您可以级联更多4017IC以扩展键盘.

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